2.1.2 Система разработки оптических конструкций из линз

Разрабатываемая конструкция состоит из N (1≤N≤5) различных тонких линз, расположенных вдоль одной горизонтальной оптической оси (на этой оси расположены центры линз). Линзы могут быть двух основных типов – рассеивающие и собирающие линзы, для каждого типа возможны 3 вида линз, а именно: для первого типа – плосковыпуклая линза, двояковыпуклая линза, собирающий мениск; для второго типа – плосковогнутая линза, двояковогнутая линза, рассеивающий мениск [1]. Для задания оптической конструкции (конфигурации линз) необходимо определить количество линз, их тип, вид и фокусное расстояние, а также указать их местоположение на оптической оси. Основная функция программной системы – проведение оптического эксперимента для заданной конструкции, при котором определяются и показываются пути лучей света от некоторого исходного объекта через эту конфигурацию линз, а также показывается сформированное каждой линзой реальное или мнимое изображение объекта. Исходный объект имеет линейный размер и ориентацию (по вертикали) и изображается обычно стрелкой, направленной вверх или вниз. Для формируемого изображения этого объекта должны быть определены и показаны линейный размер, место расположения на оптической оси и ориентация. Система должна различать реальные и мнимые изображения, используя при их визуализации, например, разные цвета. Если конфигурация состоит только из одной тонкой линзы, и исходный объект не находится ни в бесконечности, ни в точке фокуса этой линзы, то линза сформирует изображение, расстояние Li которого от центра линзы определяется из равенства 1 / L0 + 1 / Li = 1 / F

где L0 – расстояние от объекта до центра линзы, а F – фокусное расстояние линзы (фокусное расстояние собирающей линзы положительное, фокусное расстояние рассеивающей линзы – отрицательное).

Получаемое изображение будет либо реальным (в случае собирающей линзы), либо мнимым (в случае рассеивающей), оно может располагаться в зависимости от величины L0 и знака F или с той же стороны линзы, что и сам объект, или на противоположной стороне. Линейное увеличение D изображения, осуществляемое одиночной линзой, определяется по формуле D = – Li / L0.

Система разработки оптических конструкций должна допускать также случай, когда исходный объект находится в бесконечности и от него на линзу идут параллельные лучи света (при этом в зависимости от типа линзы лучи либо рассеиваются, либо собираются в точке фокуса), и случай, когда объект расположен в точке фокуса (тогда из линзы выходят параллельные лучи света). Точка, в которой формируется реальное или мнимое изображение, определяется пересечением трех главных лучей, которые получаются так:

1. Луч, параллельный оптической оси, после преломления в линзе, проходит через точку фокуса собирающей линзы или является продолжением луча, выходящего из точки фокуса рассеивающей линзы;

2. Луч, проходящий через центр тонкой линзы, не отклоняется;

3. Луч, проходящий через точку фокуса или идущий по направлению к ней, выходит параллельным оптической оси.

В общем случае в конструкцию входит более одной линзы, и реальное изображение, сформированное одной линзой, служит исходным объектом для следующей линзы в ряду линз вдоль оптической оси. Пользователь системы должен иметь возможность: • определять и изменять все параметры оптического эксперимента, включая виды и фокусные расстояния линз, их позицию на оптической оси, размеры и ориентацию исходного объекта;

-запоминать копию оптического эксперимента в файле, сохраняя все его параметры, и считывать эту копию из файла в рабочее окно;

-включать и выключать изображения масштабной шкалы (линейки) вдоль оптической оси, путей лучей через линзы и сформированных изображений объекта. Требуется, чтобы указанные действия пользователь мог производить в произвольном, удобном для него порядке, и изменение одного параметра эксперимента не должно затрагивать все остальные установленные параметры.